Работы по программе HOTOL были начаты в 1982 году, когда английские фирмы "Бритиш аэроспейс" и "Роллс-Ройс" на собственные средства провели поисковые проектные исследования соответственно по одноступенчатым аппаратам с горизонтальными взлетом и посадкой и по маршевым двигателям для них. В результате был предложен проект полностью многоразового беспилотного аппарата "ХОТОЛ", основными назначениями которого являются выведение спутников на низкую орбиту и материально-техническое обеспечение космической станции, включая доставку космонавтов в пилотируемой капсуле, размещаемой в грузовом отсеке ...
Высокая экономичность "ХОТОЛа" достигается за счет исключения из его конструкции элементов и систем одноразового использования и сокращения затрат на предполетные операции. Значительную экономию эксплуатационных расходов дает практически полная автономия полетных операций, обеспечиваемая бортовыми радиоэлектронными системами.
Основные характеристики: взлетная масса 196-250 т; посадочная масса 34-47 т; масса полезного груза на орбите 300 км - 7-11 т; длина 60 - 62 м, размах крыла 19,7-20 м, диаметр фюзеляжа 5,7 м. Вид старта: основной вариант - разгонная аэродромная тележка, возможный вариант - воздушный старт с самолета-носителя. Длина взлетной полосы 2,3-4 км. Общий ресурс двигателя 120 полетов. Ключевым фактором, определяющим технический успех в реализации проекта "ХОТОЛ", являлось использование в составе принципиально новой маршевой кислородно-водородной двигательной установки, способной функционировать последовательно в режимах воздушно-реактивного и жидкостного двигателей. С момента старта и до высоты 25-28 км (М=5) в течение 9 мин, двигатель работает в режиме воздушного с использованием атмосферного воздуха, сильно охлажденного бортовыми средствами, а затем, до высоты 88-90 км, работает в режиме жидкостного двигателя. Довыведение полезного груза на расчетную орбиту осуществляется с помощью кислородно-водородной двигательной установки орбитального маневрирования. Главным новым элементом маршевого двигателя является крупногабаритный теплообменник, примыкающий к задней части воздухозаборника. В теплообменнике происходит глубокое охлаждение поступающего в двигатель воздуха за счет запаса холода в жидком водороде, что позволяет продлить работу двигателя в режиме воздушно-реактивного до скорости М=5. Обычные турбореактивные двигатели имеют предельное М=3. Повышение плотности воздушного потока позволяет уменьшить габариты турбокомпрессора. Нагретый водород используется для привода турбины. Кроме того, увеличивается теплосодержание водорода как горючего, компрессор повышает давление воздуха приблизительно до 140 атм. Из компрессора воздух поступает в камеру сгорания, где взаимодействует с водородом, отработанным на турбине и подаваемым частично из бака. Фирма "Бритиш аэроспейс" предложила правительству программу разработки базовой технологии летательного аппарата "ХОТОЛ", состоящую из двух трехгодичных циклов.
В соответствии с ней изготовление должно было быть начато в 1994, а первый полет запланирован на 2000 г. В июле 1988 г. английское правительство отказалось от дальнейшего финансирования проекта "ХОТОЛ", поскольку затраты (порядка 6 млрд. фунтов стерлингов), необходимые для его доведения до стадии производства, слишком велики для одной Англии. Правительство делает ставку на быстрейшую экономическую отдачу от финансирования космических программ, а проект "ХОТОЛ" этому условию не отвечает. Обращения фирм "Бритиш аэроспейс" и "Роллс-Ройс" к Европейскому космическому агентству (ESA) с предложением официально признать и финансировать программу "ХОТОЛ" закончились безрезультатно. Попытки фирм-разработчиков привлечь частный капитал британских и зарубежных аэрокосмических фирм для спасения программы также не увенчались успехом. В сентябре 1990 г. фирма "Бритиш аэроспейс" и Министерство авиационной промышленности СССР в ходе авиационно-космической выставки "Фарнборо-90" подписали соглашение о проведении совместных исследований по оценке технических возможностей и экономических аспектов использования находящегося в эксплуатации советского тяжелого самолета-носителя Ан-225 ("Мрия") для запуска воздушно-космического самолета "ХОТОЛ".
Воздушный старт позволяет применить в составе воздушно-космического самолета вместо ранее предполагаемой комбинированной маршевой двигательной установки связку из четырех кислородно-водородных двигателей, поставляемых Советским Союзом. Кроме того, воздушный старт заменяет пуск со стартовой разгонной тележки и обеспечивает воздушно-космический самолет некоторой начальной скоростью на высоте, где плотность атмосферы меньше.
Основные характеристики "ХОТОЛа" с воздушным стартом: полная масса космического самолета 250 т; масса полезного груза на высоте 275 км и наклонением орбиты 7°- 5,5-8 т; длина 36,15 м; размах крыла 21,6 м.
Полет "ХОТОЛа" в составе самолета-носителя Ан-225 заканчивается разделением на высоте 10 км при скорости М=0,8, после чего следует горизонтальный разгон до М=5. С этого момента начинается маневр выхода "на горку" с перегрузкой 1,4 до высоты около 20 км и М=2,5-3. Далее происходит набор высоты па полубаллистической траектории с использованием тяги двигателей и подъемной силы крыла. Подъем осуществляется с постоянным углом наклона траектории к горизонту до высоты около 80 км и скорости при М=18-20. Тяга двигателей дросселируется, чтобы уровень перегрузки не превышал 3 единиц. Затем угол подъема уменьшается, и на высоте почти 90 километров при скорости М=27,2 космический самолет выходит на эллиптическую орбиту с перигеем 70 километров и апогеем 300 км.
Управление полетом "ХОТОЛа" на участке выведения осуществляется отклонением маршевым двигателей рулевыми двигателями на концах крыла, а также с помощью выдвижного переднего горизонтального оперения, стабилизатора и элеронов при управлении по каналу крена. При входе в атмосферу управление полетом, при убранном оперении, обеспечивается двигателями на концах крыла. При движении в плотных слоях атмосферы управление полетом осуществляется с помощью выдвижного переднего стабилизатора, элеронов и подфюзеляжного щитка.
Из-за большого технического риска и его огромной стоимости финансирование проекта в 1987 году было прекращено. В мае 1989-го на презентации самолета Ан-225 в аэропорту Борисполь генеральный конструктор ОКБ им. О.К. Антонова П.В. Балабуев предложил английским журналистам передать специалистам фирмы "Бритиш Аэроспейс", разработчикам "Хотола", чтобы они рассмотрели возможность использования Ан-225 в качестве первой ступени для воздушного запуска их космического аппарата. А уже в сентябре 1990-го на авиационно-космическом салоне в Фарнборо (Великобритания) состоялась презентация совместного советско-британского проекта "Ан-225 - "Интерим Хотол".
Прежде чем говорить о совместном проекте, дополним сведения о "Мрии". Ан-225 был спроектирован под руководством генерального конструктора П. Балабуева в 1985-1988 годах. Первый вылет состоялся в декабре 1988-го. К сегодняшнему дню на счету Ан-225 340 полетов общей продолжительностью 450 часов, включая 32 полета с орбитальным космическим кораблем "Буран". Самолет создавался для перевозки крупногабаритных грузов на внешней подвеске, в частности, космической техники "Буран", блоков ракеты-носителя "Энергия", атомных реакторов. При этом максимальные габариты грузов: диаметр - от 7 до 11 метров, длина - до 70 метров.
Теперь можно обстоятельно уяснить сам проект "Мрия"-"Хотол". Благодаря подвижному самолетному старту эта система имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с вертикально стартующими или стартующими с Земли. Высокая степень многоразовости за счет использования Ан-225 и полностью всех возвращаемых на Землю агрегатов "Хотола" предполагает более низкие расходы на выведение полезной нагрузки, чем существующие сейчас средства. Система отвечает современным экологическим требованиям (относительно низкий уровень шума, так как запуск ракетных двигателей второй ступени происходит на высоте 9-10 км. Это позволяет использовать гражданские аэродромы).
В рамках совместного исследования фирма "Бритиш Аэроспейс" разрабатывает космический аппарат и бортовой стартовый комплекс, устанавливаемый на Ан-225, а наша сторона создает самолет-носитель и основные двигатели для космического аппарата. В течение 1990-1991 годов специалисты нашего ОКБ, ЦАГИ и НПО "Молния" совместно с фирмой "Бритиш Аэроспейс" выполнили значительный объем расчетно-конструкторских и исследовательских работ по компоновке авиационно-космической системы на базе Ан-225.
Достоверность расчетов аэродинамических, летно-технических, взлетно-посадочных и динамических характеристик самолета-носителя была подтверждена в ходе испытаний аэродинамической и флаттерной моделей аппарата "Интерим Хотол" в составе системы в аэродинамических трубах ОКБ им. О. К. Антонова и ЦАГИ.
Как будет выглядеть запуск и полет? Подробнее это выглядит так. Ан-225
взлетает с "Хотол", укрепленным на верху фюзеляжа. Перед разделением
носитель набирает скорость и высоту, нужную для старта ВКС. За 5 секунд
до него включается зажигание двух из четырех ЖРД "Хотол". За 2 секунды -
2 ЖРД получают режим предварительной тяги. Затем происходит само
отделение ВКС, который сразу начинает набирать высоту. Носитель
выпускает аэродинамические тормоза, планирует вниз и в сторону на
безопасное расстояние от "Хотол". Через 3 секунды после разделения
включается зажигание еще двух ЖРД, а спустя 3 секунды все двигатели ВКС
заработают на режиме полной тяги, выводя аппарат на орбиту.
Комментариев нет:
Отправить комментарий